我國將用15年打造量子互聯網 

量子計算機改變世界

6大方式

量子信息科學的一大重要應用就是量子計算。有專家評論，當量子計算機發展到50量子位（量子的基本單位）的時候，就能實現「量子稱霸」，「碾壓」世界上任何傳統計算機。5日，在由中國科技新聞學會主辦的「2016年中國科技傳播論壇」上，中科院院士潘建偉詳解中國量子計算研究的時間表：計劃5年之後，實現50個量子位的相干操縱，計算潛力將超越今年6月世界運算速度排名第一的中國超級計算機「太湖之光」；用15年左右時間，構建天地一體的有量子通信安全保障的未來互聯網，即量子互聯網。

潘建偉認為，第一次「量子稱霸」將會成為物理學和計算機科學的里程碑，「雖然目前不能說出確切的時間，但應該為時不遠」。他補充說，將用10年或更長時間造出專用量子計算機，應用於人工智慧、大數據分析、信息提取等特殊領域。

在經典計算機中，每個比特都只有0和1這兩種狀態。但在量子計算中，每個比特可以處在0和1的疊加狀態上，一旦操縱的量子數目增多，它就會以指數增長的形式來提升運算速度，有並行運算的能力。例如，求解10的24次方變數的方程組，用「太湖之光」需要100年左右計算時間，但用萬億次的量子計算機大概只需0.01秒。

「構造小網路做量子計算機是該領域研究者努力的方向。」潘建偉介紹，目前，IBM、谷歌、微軟和中國的研究小組都致力於量子計算機的研發。

潘建偉說，計劃5至10年完成100個量子比特甚至幾百個量子比特的相干操縱。「如果達到100個量子比特的相干操縱，對某些特定問題的求解速度就能達到2的100次方，這是目前全球計算能力總和的百萬倍。」

在量子通信方面，據介紹，目前在建的「京滬幹線」項目光纖長度約2000公里，計劃於2016年底建成，將連接北京、上海等城域網路;8月發射的中科院量子科學實驗衛星「墨子號」，將實現高速星地量子秘鑰分發、星地量子糾纏分發和千公里級的空地量子隱形傳輸;我國近期還在國際上首次實現超過400公里抵禦量子黑客攻擊的測量設備無關的量子密鑰分發，國際物理學權威學術期刊《物理評論快報》日前發表了該成果，稱讚其「為量子密鑰分發和量子通信最遠傳輸紀錄」。

據科技日報新華社

建立在量子物理學基礎上的超高速計算機將會改變一切。不僅僅是因為其速度，量子計算機可以解決傳統計算機不能很好處理的複雜問題。它們在解決問題的時候更像人類，這使得它們更勝任人類的工作。量子計算機未來的應用前景十分令人神往：

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量子計算機﹃五行並下﹄

傳統計算機﹃一板一眼﹄

真正精準的天氣預報

現如今的天氣預報只是對未來天氣的一種猜測，只不過這個猜測是建立在一定的數據基礎上。量子計算可以在同一時間對所有的數據進行分析，並告訴我們壞天氣會在何時何地出現。我們可以提前注意到颶風等極端天氣，從而預留足夠的時間拯救生命

更有效的藥物發現

新葯開發是一個複雜的過程，化學家們需要對無數的分子組合進行測試，這個過程可能持續數年，還要對這些組合進行後期試驗，其中的大部分會以失敗告終。量子計算機能夠描繪出數以萬億計的分子組成，並將其中最有可能有效的組合快速識別出，顯著降低藥物的研發成本和周期

告別交通擁堵

量子計算可以很好地協調飛機航線以及地面交通控制，因為其計算最佳路線的性能卓越

加強軍事力量和國防建設

各式各樣的衛星正在不間歇的收集影像數據，其數量之龐大沒有誰能夠對其進行全面檢索，因此很多數據只能被扔在一邊。在那部分被我們遺棄的數據中，我們可能會錯失一些重要的情報。量子計算機對海量數據的處理比傳統計算機或個人要快得多，而且能夠像人類那樣，可以很好地從複雜的背景中找出具體的細節

加快太空探索的步伐

量子計算機可以處理任何望遠鏡視野中更多的數據，從而發現更多的行星，並迅速識別出最有可能存有生命體的行星

機器學習和自動化

量子計算機可以像人類一樣從經驗中學習。它們能夠自我糾正，對一個錯亂的程序代碼進行修正

量子計算機處理問題相當於一個千手觀音可以同時用千雙手做一件事

傳統計算機處理問題依賴的是硅晶元，但是一個晶元的面積總有限，因此發展速度將越來越慢

如果你不知道上面說的都是什麼，無需擔心，因為其他人也不是很清楚。物理學家費曼有這麼一句名言：當你認為你理解量子物理學的時候，其實你是真的沒有理解。本質的區別在於：傳統計算機只能一個一個地按次序解決問題，但是量子計算機卻可以在同一時間解決多個問題。

選材

我國量子計算機研究走在世界前沿

製圖劉岩

捕獲製作

量子計算機「完美材料」

在國際上首次製備並測量了

約600對呈現糾纏狀態的量子

備料

製造

今年8月11日，據央視新聞報道，我國量子計算機研究取得突破性進展，中國科技大學量子實驗室成功研發了半導體量子晶元。

量子晶元相當於未來量子計算機的「大腦」，可實現量子的邏輯運算和信息處理。

有了計算，量子的存儲及控制技術也必不可少。這款三明治型的固態量子存儲器，在低溫有磁場的輔助設備中才能工作。

中科院量子信息重點實驗室研究員周宗權表示，下一步的發展方向，是要把這個量子存儲器做小做得齊整化，以延長它的壽命，最終希望做得像經典攜帶型U盤那樣方便使用，實現超遠距離量子態量子信息的傳輸。

據央視新聞

成功研發

半導體量子晶元

今年6月底，上海交大領銜的科研團隊成功捕捉到了一種神秘粒子——馬約拉納費米子。這種粒子的反粒子就是自己本身，非常穩定，是製造量子計算機的完美選擇之一。

迄今為止，人類還沒有製造出真正意義上的量子計算機，其中一個很重要的原因是，目前用於量子計算的粒子的量子態並不穩定，電磁干擾或物理干擾可以輕鬆打亂它們本應進行的計算，而馬約拉納費米子的反粒子就是自己本身，它的狀態非常穩定。

今年8月25日，據央視新聞報道，我國科學家在國際上首次製備並測量了約600對呈現糾纏狀態的量子。量子計算的速度可以是目前計算速度的萬倍、億倍，但是它需要利用大量互相糾纏的量子才能實現。這一突破進一步使量子計算成為可能。

量子糾纏是量子重要的物理特性，呈現糾纏狀態的一對量子就像一對雙胞胎一樣，即使在超遠距離下仍然可以保持類似心靈感應的聯繫。而被認為是高速信息處理顛覆性技術的量子計算，正是利用這種量子糾纏狀態來實現的。如何產生並測量成百上千甚至更大數量的量子糾纏態，一直是量子計算研究的關鍵難題。日前，該研究成果發表在國際權威學術期刊《自然·物理學》上。

中國科技大學研發的量子晶元